2. Технологія виготовлення будівельного вапна
Будівельне вапно одержують шляхом випалу (до вилучення вуглекислоти) з кальцієво-магнієвих гірських порід — крейди, вапняку, доломіту.
Для виробництва тонкодисперсного будівельного вапна негашене вапно обробляють водою або розмелюють, вводячи при цьому мінеральні добавки у вигляді гранульованих доменних шлаків, активні мінеральні добавки або кварцові піски. Будівельне вапно застосовують для приготування будівельних розчинів і бетонів, в'яжучих матеріалів і у виробництві штучних каменів, блоків і будівельних виробів.
Залежно від умов твердіння розрізняють будівельне вапно повітряне, що забезпечує твердіння будівельних розчинів і бетонів і збереження ними міцності в повітряно-сухих умовах, і гідравлічне, що забезпечує тверднення розчинів і бетонів і збереження ними міцності як на повітрі, так і в воді.
Повітряне вапно за хімічним складом основного оксиду буває кальцієве, магнезіальне і доломітове. Повітряне вапно поділяють на негашене і гідратне (гашене), що отримали гасінням кальцієвого, магнезіального і доломітового вапна. Гідравлічне вапно поділяють на слабогідравлічне і сильногідравлічне. Розрізняють гідравлічне вапно комове і порошкоподібне. Порошкоподібне вапно буває двох видів: молоте і гідратне. Комове вапно випускають без добавок і з добавками.
Будівельне негашене вапно за часом гасіння поділяють на такі види: швидкого — не більше 8 хв, середнього — не більше 25 хв, повільного — більше 25 хв.
Будівельне повітряне вапно одержують з кальцієво-магнієвих карбонатних порід.
Технологічний процес отримання вапна складається з видобутку вапняку в кар'єрах, його підготовки (подрібнення і сортування) і обпалювання. Після випалу відбувається помол комового вапна, при цьому одержують молоте негашене вапно, або після гасіння комового вапна водою, одержують гашене вапно.
Основним процесом при виробництві вапна є обпалювання, при якому вапняк декарбонізується і перетворюється на вапно за реакцією:
СаСО3 → СаО+СО2
Дисоціація карбонатних порід супроводжується абсорбцією тепла (1 г/моль СаСО3 потребує для розкладу приблизно 190 кДж). Реакція розкладу вуглекислого кальцію зворотна і залежить від температури і парціального тиску вуглекислого газу. Дисоціація вуглекислого кальцію досягає помітної величини при температурі понад 600 °С. Теоретично нормальною температурою дисоціації є 900 °С. У заводських умовах температура випалу вапняку залежить від щільності вапняку, наявності домішок, типу печі та ряду інших факторів і становить звичайно 1100...1200 °С.
При випалі з вапняку виділяється вуглекислий газ, що складає до 44 % його маси, обсяг продукту зменшується приблизно на 10 %, тому шматки комового вапна мають пористу структуру. Випал вапняку виробляють у різноманітних печах: шахтних, що обертаються, в "киплячому шарі", в зваженому стані та ін. Найбільше поширення отримали економічні (за витратою палива) шахтні пересипні печі, однак вапно в них виявляється забрудненим попелом палива.
Шахтна піч (рис. 2) складається з шахти, завантажувального і вивантажувального приладів, повітропідводної і газовідвідної апаратури. Вапняк у шахтну піч завантажують періодично або невпинно згори.
Рис. 2. Шахтна піч для випалу вапна:
1 — шахта; 2 — завантажувальний механізм; 3 — димосос; 4— гребінь для подачі повітря; 5— розвантажувальний механізм
Матеріал у міру вивантаження вапна опускається донизу, і назустріч матеріалу, що опалюється, просочуються гарячі димові гази. За характером процесів, що протікають у шахтній печі, розрізняють зони підігріву, випалу і охолодження. В зоні підігріву в верхній частині печі з температурою пічного простору не вище 900 °С вапняк підсушується, підігрівається і в ньому випалюються органічні домішки. В середній частині печі — в зоні випалу, де температура досягає 900...1200 °С, відбувається розклад СаСО3 і виділення вуглекислого газу. В нижній частині печі — зоні охолодження — вапно охолоджується до 50...100 °С повітрям, що надходить знизу.
Газові печі дозволяють отримати "чисте" вапно, вони простіші в експлуатації; процес випалу в них можна механізувати й автоматизувати.
В печах, що обертаються, одержують вапно високої якості, але при цьому витрачається багато палива.
Гідратне вапно відрізняється від інших в'яжучих речовин тим, що може перетворюватися на порошок не тільки при помолі, а й шляхом гасіння — дія води на шматки комового вапна відбувається з виділенням значної кількості тепла за реакцією:
СаО+Н2О → Са(ОН)2+ 65,5 кДж.
При взаємодії 1 г/молю СаО виділяється 65,5 кДж тепла. При гідротації 1 кг вапна виділяється 1160 кДж тепла.
Стехіометрично для гасіння вапна в пушонку необхідно 32 % води від маси СаО. Практично залежно від складу вапна, температури її випалу і способу гасіння кількість води беруть в 2, а інколи і в 3 рази більше, бо внаслідок виділення тепла при гасінні відбувається пароутворення і частина води виділяється з парою. На швидкість гасіння вапна впливають температура і розміри шматків комового вапна. З підвищенням температури прискорюється процес гасіння. Особливо швидко процес гасіння протікає при гасінні парою при підвищеному тиску в закритих барабанах.
Вміст активних оксидів (СаО + MgO) для гідратного вапна повинен бути не менше 70 %, а вологість не більше 4 %.
Повітряне вапно широко застосовують для приготування будівельних розчинів у виробництві вапняно-пуцоланових в'яжучих, для виготовлення штучних кам'яних матеріалів — силікатної цегли, силікатних і піносилікатних виробів, шлакобетонних блоків.
Транспортують комове вапно навалом, захищаючи від зволоження і забруднення, а молоте — в спеціальних паперових мішках або металевих закритих контейнерах. Вапняне тісто перевозять у спеціально для цього пристосованих кузовах самоскидів. Вапно негашене повинне зберігатися в закритих складах, захищених від попадання вологи. Гідратне вапно можна зберігати нетривалий час у мішках і сухих складах. Молоте вапно не слід зберігати більше 30 діб, бо воно поступово гаситься вологою повітря і втрачає активність.
Гідравлічне вапно— продукт помірного випалу при температурі 900...1100 °С мергелистих вапняків, що містять 6...20 % глинистих домішок. При випалі мергелистих вапняків після розкладу вуглекислого кальцію частина СаО, що утворилася, з'єднується в твердому стані з оксидами SiО2; A12О3; Fe2О3, що містяться в мінералах глини, утворюючи силікати 2CaOSiО2, алюмінати СаО і А12О3 і ферити кальцію 2CaОFe2О3, що мають спроможність тверднути не тільки на повітрі, а й у воді.